DE1905680A1 - Signal processing system - Google Patents
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Description
THOMSON-CSP 101, Boulevard Murat, Paris l6e/PrankreichTHOMSON-CSP 101, Boulevard Murat, Paris l6e / France
Anlage zur SignalverarbeitungSignal processing system
Die Erfindung bezieht sich auf Anlagen zur geeigneten Filterung von frequenzmodulierten Signalen durch ein Analogverfahren. The invention relates to systems for suitable filtering of frequency-modulated signals by an analog method.
Dieses "Impulskompression" genannte Verfahren geetattet die Verwirklichung von Radar- oder Sonaranlagen mit großer Reichweite, welche ein großes Auflösungsvermögen bei weiter Entfernung aufweisen.This process called "pulse compression" permits the Realization of radar or sonar systems with a long range, which have a high resolution at great distances exhibit.
Bu/kuBu / ku
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19056B019056B0
Es ist bekannt, zur Verarbeitung von elektrischen frequenzmodulierten Signalen dispersive Anlagen, wie elektrische Schaltungen, akustische Dispersionsleitungen und optische Beugungsanordnungen, zu verwenden. Diese Einrichtungen sind ungeeignet, wenn die zu komprimierenden Impulse eine Dauer in der Größenordnung von Sekunden und einen Frequenzmodulationsbereich von einigen hundert Hz aufweisen. Dieser Fall tritt insbesondere in der Unterwasserakustik auf, wenn man ein Unterwasserschallgerät (Sonar) oder ein Echolot mit hohem Wirkungsgrad zu verwirklichen sucht. Die angewandte Lösung besteht darin, daß man die empfangenen Signale einer Vorverarbeitung unterzieht, welche ihre Form nicht verändert, jedoch ihre Dauer wesentlich verkürzt.It is known for processing electrical frequency modulated Signals dispersive systems, such as electrical circuits, acoustic dispersion lines and optical Diffraction arrangements to use. These bodies are unsuitable if the pulses to be compressed have a duration on the order of seconds and a frequency modulation range of a few hundred Hz. This case occurs especially in underwater acoustics when one tries to realize an underwater sound device (sonar) or an echo sounder with high efficiency. The applied The solution is to subject the received signals to preprocessing that does not change their shape, however, their duration is shortened considerably.
Um die Eigenschaften der von einem Sonargerät empfangenen Impulse an die Eigenschaften einer Dispersionsanlage anzupassen, ist es bekannt, einen Speicher mit Magnetträger zu verwenden, welcher zwei unterschiedliche Ablaufgeschwindigkeiten aufweist. Diese Geschwindigkeiten dienen abwechselnd zur Aufzeichnung und zur Wiedergabe eier Signale. Die Verwendung einer Aufzeichnung^- und Wiedergabeanlage zur Vorverarbeitung der zu komprimierenden Signale ist nicht ohne llachteil. Einerseits ist dieses Verfahren nur anwendbar, wenn das Verhältnis der Ablaufgeschwindigkeiten des Informationsträgers gering ist, andererseits ist die Aufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung kostspielig, empfindlich und platzraubend.To adapt the properties of the pulses received by a sonar device to the properties of a dispersion system, It is known to use a memory with a magnetic carrier which has two different running speeds having. These speeds are used alternately for recording and reproducing signals. Using a Recording ^ and playback system for preprocessing the signals to be compressed is not without its disadvantage. On the one hand This method can only be used if the ratio of the processing speeds of the information carrier is low, on the other hand is the recording and reproducing device expensive, sensitive and space-consuming.
Die Erfindung schafft eine Anlage mit einer Dispersionsanordnung zum Komprimieren von frequenzmodulierten Signalen oder zum Dispergieren (laufzeitabhängige Verarbeitung) von kurzen Signalen sowie mit einer Anordnung zum Umsetzen dieser Signale in Signale, Vielehe bis auf einen Verstärkungs- oder SchwäThe invention provides a system with a dispersion arrangement for compressing frequency-modulated signals or for dispersing (delay-dependent processing) of short signals and with an arrangement for converting these signals into signals, multiplicity except for an amplification or weakness
chungskoeffizientencalculation coefficients 909835/1308909835/1308
chungskoeffizieriten homothetische Signale im Zeitverhältnis K sind^ wobei diese Anlage dadurch gekennzeichnet ist, daß die Umsetzeranordnung einen digitalen Ringspeicher zur Aufnahme einer Folge von aufeinanderfolgenden Proben oder Abtastungen der genannten Signale, eine Probennahme- oder Abtast- und Quantisierungsanordnung, welche die genannten Proben aufgrund der Signale erzeugt, und eine Schreibanordnung aufweist, welche die Probennahmeanordnung mit dem Speicher verbindet, so daß in denselben die Proben mit einer ersten Polgefrequenz eingeschrieben werden, wobei eine an den Speicher angeschlossene Leseanordnung die Proben mit einer zweiten Folgefrequenz empfängt, deren Verhältnis zur ersten Folgefrequenz gleich dem homothetischen Verhältnis K ist, eine Digital-Aniog-Umsetzeranordnung die Wiederherstellung der Signale ermöglicht und wobei eine Koinzidenzanordnung die Leseanordnung mit dem Ausgang der Anlage koppelt, so daß ein aufgegebenes Signal nur einem einzigen komprimierten oder dispergierten Signal entspricht.chungskoeffizieriten homothetic signals in the time ratio K are ^ where this system is characterized in that the converter arrangement has a digital ring memory for recording a sequence of successive samples or scans of the signals mentioned, a sampling or a sampling and quantization arrangement comprising the aforesaid Samples generated on the basis of the signals, and has a writing arrangement, which the sampling arrangement with the Memory connects, so that in the same the samples are written with a first pole frequency, one on Reading arrangement connected to the memory receives the samples at a second repetition frequency, the ratio of which to first repetition frequency is equal to the homothetic ratio K, a digital-analog converter arrangement the restoration of the signals and whereby a coincidence arrangement couples the reading arrangement with the output of the system, so that an applied signal corresponds to only a single compressed or dispersed signal.
Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained in more detail, for example, with the aid of the figures. Show it
Figur 1 ein vereinfachtes Schaltbild der erfindungsgemäßen Anlage,Figure 1 is a simplified circuit diagram of the invention System,
Figur 2 ein der Erläuterung dienendes Diagramm,FIG. 2 an explanatory diagram,
Figur 3 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Filteranlage,Figure 3 is a block diagram of the filter system according to the invention,
Figuren k und 5 der Erläuterung dienende Diagramme, undFigures k and 5 explanatory diagrams, and
Figur 6 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßeη Anlage zur Erzeugung des Sendesignals.FIG. 6 shows a block diagram of the system according to the invention for Generation of the transmission signal.
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DIe erfindungsgemilße Anlage bewirkt die geeignete Filterung eines Signals S(—|-) in zwei getrennten Arbeitsschritten, welche nacheinander Signale S(t) und S'(t) entstehen lassen. Um diese Arbeltsschritte gut zu unterscheiden, sind Beis-pie-Ie für die Signale S(t) und S'(t) in Figur 2 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß S(t) und S'(t) für Signale kennzeichnend sind, welche man am Eingang und Ausgang einer bekannten Dis-The system according to the invention effects the appropriate filtering of a signal S (- | -) in two separate steps, which successively give rise to signals S (t) and S '(t). In order to clearly distinguish these work steps, beis-pie-Ie for the signals S (t) and S '(t) shown in FIG. It it can be seen that S (t) and S '(t) are characteristic of signals which are present at the input and output of a known dis-
persionsanlage antrifft. Das Singal s(~v~) ist in Figur 2persion system encounters. The signal s (~ v ~) is in Figure 2
nicht dargestellt, wobei vorausgesetzt wird, daß es sich vom Signal S(t) nur durch die Wahl eines anderen Zeltmaßstabes unterscheidet. Wenn man die Veränderliche t durch die Veränderli-not shown, it being assumed that it differs from the signal S (t) only by the choice of a different tent scale. If you divide the variable t by the variable
ehe —γ- ersetzt, wobei K eine Konstante ist, so sieht man, daß die Zeitdauern mit K multipliziert werden, während die FrequenT zen durch K dividiert werden. Daher sind bis auf einen Verstär-Before replacing - γ- , where K is a constant, it can be seen that the periods of time are multiplied by K, while the frequencies T zen are divided by K. Therefore, apart from one reinforcement
kungs- oder Schwächungskoeffizienten das Signal S(t) und dessen homologes Signal S(—-^-) im Verhältnis K homothetisch.kungs- or attenuation coefficients the signal S (t) and its homologous signal S (- - ^ - ) in the ratio K homothetic.
Im folgenden wird die Umwandlung S(t)<p=± s^~k~^ "homothetisch" genannt, um sie von der Umwandlung S(t)f=*Sf(t) zu unterscheiden, welche "dispersiv" genannt wird.In the following the transformation S (t) <p = ± s ^ ~ k ~ ^ is called "homothetic" in order to distinguish it from the transformation S (t) f = * S f (t), which is called "dispersive" .
Aus Figur 1 ist eine Anlage ersichtlich, welche die geeignete Filtrierung von frequenzmodulierten elektrischen Signalen bewirkt. Die Anlage weist eine Dispersionsanordnung 1, welche die Umwandlung des Signals S(t) in das Signal S'(t) bewirkt, sowie eine Probenwandleranordnung auf, welche die homotheti-From Figure 1, a system can be seen, which the suitable filtering of frequency-modulated electrical signals causes. The system has a dispersion arrangement 1 which converts the signal S (t) into the signal S '(t), as well as a sample transducer arrangement, which the homothetic
sche Umwandlung des zu verarbeitenden Signals S(-~-) in dascal conversion of the signal to be processed S (- ~ -) into the
XVXV
Signal S(t) bewirkt. Durch diese beiden Umwandlungen wird dieSignal S (t) causes. These two conversions make the
Dauerduration 909835/1308909835/1308
■■-T-r-r■■ -T-r-r
τ Dauer KT des zu komprimierenden Signals auf -^- verkürzt. τ duration KT of the signal to be compressed is shortened to - ^ -.
N ist ein Kennzeichen des Eingangssignals. N ist gleich dem Produkt der Dauer mit dem Frequenzmodulationsband des Signals S(-|-) oder S(t).N is an identifier of the input signal. N is equal to the product of the duration and the frequency modulation band of the signal S (- | -) or S (t).
Die Umwandlung des Signals s(—ip) in d&s Signal S(t) wird mittels eines Ringspeichers 2 bewirkt, welcher beispielsweise aus einer geschlossenen Kette von K Zellen besteht, deren Inhalt nach und nach in einer regelmäßigen Folge umgespeichert wird. Ein in die Zelle A eingeschriebenes Informationselement läuft im Speicher 2 gemäß dem Pfeil um und befindet sich am Ende von K Umspelcherungen in der Ausgangszelle. Ein solcher Speicher kann durch eine Verzögerungsleitung oder durch ein Schieberegister gebildet werden, dessen Eingang und AusgangThe conversion of the signal s (—ip) into d & s signal S (t) is effected by means of a ring memory 2, which consists for example of a closed chain of K cells, the content of which is gradually re-stored in a regular sequence. An information element written into cell A circulates in memory 2 according to the arrow and is located at the end of K umspelcherungen in the output cell. Such a memory can be formed by a delay line or by a shift register, its input and output
durch eine Schleife verbunden sind. Das Signal S( ) wird vonconnected by a loop. The signal S () is from
K einer Probenanordnung 3 empfangen, welche dasselbe in Proben E.zerteilt. Diese Proben E. werden nacheinander in die Zelle AK of a sample arrangement 3 received, which divides the same into samples E. These samples E. are successively in cell A
des Umlaufspeichers 2 mittels einer Schreibanordnung 4 derart eingeschrieben, daß die Probe E*+1» welche der Probe E. folgt, in die Zelle A eingeschrieben wird, wenn die Probe E. in derof the circulating memory 2 is written by means of a writing arrangement 4 in such a way that the sample E * +1 »which follows the sample E. is written into the cell A when the sample E. is in the
Zelle U ankommt, nachdem der Speicherumlauf in Richtung des Pfeils durchgeführt ist. Ein Impulsgenerator 5 steuert die Anordnungen 3 und 4 derart, daß die Periode θ der Probendfoe desCell U arrives after the memory has been circulated in the direction of the arrow. A pulse generator 5 controls the arrangements 3 and 4 such that the period θ of the sample output of the
t T*t T *
Signals S(——·) sich um den Betrag —γ- von der Zeit fdes Um-Signal S (—— ·) differs by the amount - γ- from the time f of the
laufs der Proben im Speicher 2 unterscheidet; β = χ Χ.differentiates the run of the samples in the memory 2; β = χ Χ.
Die mit dem Speicher 2 gekoppelte Leseanordnung 6 verteilt dieThe reading arrangement 6 coupled to the memory 2 distributes the
Proben, welche in der Zelle U in Zeitintervallen -Js— aufein-Samples, which in the cell U at time intervals - Js -
anderfolgen.follow differently. 909835/130$909835 / $ 130
anderfolgen. Der Ausgang der Leseanordnung 6 gibt Folgen von K Proben ab, welche Teile des Signals s (-§--) darstellen, die den K letzten, von der Probennahmeanordnung J abgegebenen- Proben entsprechen. Wenn man eine Folge von K Proben am Ausgang der Leseahordnung 6 betrachtet, so sieht man, daß deren Inhalt sich teilweise in den K-I vorangehenden und folgenden Folgen wiederholt. Wenn man voraussetzt, daß jede Probe sich-K mal in Zeitintervallen '- wiederholt, so sind die von der Leseanordnung 6 abgegebenen Signale redundant und lassen nach Verarbeitung in der Anordnung 1 eine Mehrzahl von kurzen Impulsen entstehen, deren Amplituden während der Zelt K T linear ansteigen und sodann während der gleichen Zeit linear abfallen.follow differently. The output of the reading arrangement 6 emits sequences of K samples which represent parts of the signal s (-§--) which correspond to the K last samples emitted by the sampling arrangement J. If one looks at a sequence of K samples at the output of the reading order 6, one sees that their content is partially repeated in the sequences preceding and following the KI. If it is assumed that each sample repeats itself - K times at time intervals' - then the signals emitted by the reading arrangement 6 are redundant and, after processing in the arrangement 1, give rise to a plurality of short pulses, the amplitudes of which increase linearly during the period KT and then decrease linearly during the same time.
Tatsächlich kann einem gegebenen Signal S(-y-) nur eine Reihe von kurzen Impulsen entsprechen, deren Einhüllende die Autokorrelationsfunktion des Signals S(—p-) ist. . . .In fact, a given signal S (-y-) can only correspond to a series of short pulses, the envelope of which is the autocorrelation function of the signal S (-p-). . . .
Um diese Bedingung zu verwirklichen, wird erfindungsgemäß eine Koinzidenzanordnung 7 vorgesehen, welche vom Generator 5 gesteuert wird. Die Koinzidenzanordnung 7 empfängt die Mehrfachsignale S'(t), welche am Ausgang der Anordnung 1 verfügbar sind, und nimmt in Zeitintervallen θ Proben, deren EinhüllendeIn order to achieve this condition, according to the invention, a Coincidence arrangement 7 is provided, which is controlled by generator 5 will. The coincidence arrangement 7 receives the multiple signals S ′ (t), which are available at the output of the arrangement 1 are, and takes samples at time intervals θ, their envelope
die Autokorrelationsfunktion des Signals, S(—s*—) erzeugt.generates the autocorrelation function of the signal, S (—s * -).
Indem man die Reihenfolge der Arbeitsschritte umkehrt, wird" die in Figur 1 schematisch dargestellte Anlage auch zur Umwandlung eines kurzen Impulses S'(t) in einen langen Impuls S(——)By reversing the order of the work steps, " the system shown schematically in Figure 1 also for converting a short pulse S '(t) into a long pulse S (--—)
,K geeignet. In diesem Fall muß man einen kurzen Impuls auf die Anordnung 1 geben, welche einen ersten gedehnten Impuls SCt) abgibt. Der Impuls S(t) wird sodann auf die Probennahmeanord-, K suitable. In this case one has to give a short impulse to the arrangement 1, which a first stretched impulse SCt) gives away. The pulse S (t) is then applied to the sampling arrangement
nung 3 gegeben, welche Proben in ZeitIntervallen -γ- entnimmt.tion 3 is given, which takes samples at time intervals -γ- .
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Die erhaltenen Proben werden sodann in den Speicher 2 mittels der Schreibanordnung 4 eingeschrieben und werden schließlich von der Leseanordnung 6 empfangen, welche das Lesen mitThe samples obtained are then written into the memory 2 by means of the writing arrangement 4 and are finally received by the reading arrangement 6, which the reading with
einer Folgeperiode Θ' = ·% durchführt, wobei die Anordnung auf die Koinzidenzschaltung 7 ein Signal S(—ψ-) mit einer KN mal größeren Dauer als das Signal S'(t) gibt.a subsequent period Θ '= · % , the arrangement on the coincidence circuit 7 a signal S (- ψ-) with a KN times greater duration than the signal S' (t).
Die in Figur 1 gestrichelten Verbindungen entsprechen der umgekehrten Arbeitsweise der Anlage. Das zu dehnende Signal wird bei I aufgegeben und das gedehnte Signal ist bei 0 verfügbar. The connections dashed in Figure 1 correspond to the reverse How the system works. The signal to be stretched is applied at I and the stretched signal is available at 0.
Figur 3 zeigt ein ausführlicheres Schaltbild einer Filteranlage für frequenzmodulierte elektrische Signale. Damit die Beschreibung der Arbeitsweise dieser Anlage leichter verfolgt werden kann, sei das zu verarbeitende Signal beispielsweise von einem frequenzmodulierten Impuls gebildet, welcher eine rechteckige Einhüllende mit der Dauer KT gleich einer Sekunde, einer Mittenfrequenz f von 400 Hz und einem Modulationsbereich af von 200 Hz aufweist, das heißt H = KT&f = 200. FIG. 3 shows a more detailed circuit diagram of a filter system for frequency-modulated electrical signals. So that the description of the operation of this system can be followed more easily, let the signal to be processed be formed, for example, by a frequency-modulated pulse, which has a rectangular envelope with a duration KT equal to one second, a center frequency f of 400 Hz and a modulation range af of 200 Hz , that is, H = KT & f = 200.
Der zu komprimierende Impuls wird von einem Bandpassfilter empfangen, welches denselben auf einen Probennehmer 9 Über- : trägt. Ein Impulsgenerator IO liefert Impulse mit einer Folgefrequenz von 1000 Hz auf den Probennehmer 9, damit er mit dieser Frequenz Proben enirlmmt. Die Proben werden von einem Analog-Digital-Umsetzer 11 empfangen, welcher dem algebraischen Wert der Proben entsprechende Gruppen von Binärsignalen erzeugt. Die am Ausgang des Umsetzers 11 auftretenden Gruppen von Binärsignalen werden in die Verzögerungsleitungen 14 mit Hilfe von Schreibanordnungen 15 eingeschrieben, deren EingängeThe pulse to be compressed is received by a bandpass filter, which the same on a sampler 9 over-: wears. A pulse generator IO supplies pulses with a repetition frequency of 1000 Hz to the sampler 9 so that it enirlmmt samples with this frequency. The samples are received by an analog-to-digital converter 11 which generates groups of binary signals corresponding to the algebraic value of the samples. The groups of binary signals occurring at the output of the converter 11 are written into the delay lines 14 with the aid of write arrangements 15, the inputs of which
JeweilsRespectively 909835/1308909835/1308
jeweils mit den Ausgängen des Umsetzers 11 bzw. der Verzögerungsleitung Ik verbunden sind.are each connected to the outputs of the converter 11 and the delay line Ik .
Infolge der so gebildeten Schleifen laufen die Proben in den Verzögerungsleitungen 14 mit einer Periode V um, welche sich von der Einschreibperiode θ der Proben um den Betrag -%- unterscheidet, wobei K die Anzahl von Proben ist, welche Jede der Verzögerungsleitungen l4 enthalten kann.As a result of the loops thus formed, the samples circulate in the delay lines 14 with a period V which differs from the writing period θ of the samples by the amount -% -, where K is the number of samples which each of the delay lines 14 can contain.
Die Anzahl der parallel geschalteten Verzögerungsleitungen ist gleich der Anzahl von Zeitpunkten oder Schritten der Quant is ierungs" anordnung.The number of delay lines connected in parallel is equal to the number of times or steps of the Quantization "arrangement.
Am Ausgang der Leitungen lh treten die Proben mit einer Folgefrequenz aus, welche K mal größer ist als die Probennahmefrequenz des zu komprimierenden Signals. Die Leitungen 14 speisen einen Digital-Analog-Umsetzer 16. Der Ausgang des Umsetzers l6 gibt Impulsfolgen mit der Dauer θ ab, welche verschieden lang dauernde Ausschnitte des zu dem zu verarbeitenden Signal homothetischen Signals S(t) enthalten, wobei dieses homothetische Signal durch eine Dauer T, eine Mittenfrequenz Kf und einen Frequenzmodulationsbereich KAf gekennzeichnet ist. Bei dem gewählten Beispiel, mit K = 1000, findet man T = 1 mS, Kf = 400 kHz und KAf = 200 kHz. Der homothetische Impuls weist die in Figur 2 dargestellte Art S(t) auf. Die geeignete Filterung der vom Umsetzer 16 abgegebenen Signale wird mittels einer dispersiven Verzögerungsleitung 19 bewirkt, wobei die Leitung 19 mit dem Umsetzer über ein Bandpassfilter 17 und eine Mischstufe 18 gekoppelt ist, damit die Signale in den Arbeitsbereich dieser Leitung umgesetzt werden. Man erhält am Auegang der Leitung 19 korn-At the output of the lines lh , the samples emerge with a repetition frequency which is K times greater than the sampling frequency of the signal to be compressed. The lines 14 feed a digital-to-analog converter 16. The output of the converter 16 emits pulse trains with the duration θ, which contain sections of the signal S (t) homothetic to the signal to be processed, this homothetic signal by a Duration T, a center frequency Kf and a frequency modulation range KAf is characterized. In the example chosen, with K = 1000, one finds T = 1 mS, Kf = 400 kHz and KAf = 200 kHz. The homothetic pulse has the type S (t) shown in FIG. The signals emitted by the converter 16 are suitably filtered by means of a dispersive delay line 19, the line 19 being coupled to the converter via a bandpass filter 17 and a mixer 18 so that the signals are converted into the working range of this line. At the exit of the line 19 grain
90983S/I30I prlmlerte 90983S / I30I prelistened
primierte Impulse ähnlich dem Signal S'(t) in Figur 2. Die Dauer dieser Impulse ändert sich als umgekehrte Funktion des Umfangs des Modulationsbereiches. Der Minimalwert die-primed pulses similar to the signal S '(t) in Figure 2. The The duration of these pulses changes as an inverse function of the extent of the modulation range. The minimum value this-
T
ser Dauer ist gleich —«- = 5T
this duration is equal to - «- = 5
Die von der dispersiven Leitung 19 abgegebenen Impulse werden mittels des Amplitudendetektors 20 festgestellt und auf einen der Eingänge einer Koinzidenzschaltung 21 gegeben. Die Koinzidenzschaltung 21 wird vom Generator 10 gesteuert, damit nur die Signalteile mit einer Dauer im wesentlichen gleich ΐThe pulses emitted by the dispersive line 19 are determined by means of the amplitude detector 20 and are detected given one of the inputs of a coincidence circuit 21. The coincidence circuit 21 is controlled by the generator 10 so that only the signal parts with a duration essentially equal to ΐ
übertragen werden. Diese Teile werden in gleichen Zeitintervallen übertragen, welche der Einschreibperiode in die Speicher 14 entsprechen. Sie werdtn in ein Filter 22 gegeben, welches dieselben in die Form eines einzigen Impulses zusammenfaßt, der die Autokorrelationsfunktion des Signals S(—w-) wiedergibt. Bei dem genannten Beispiel kann diese Funktion durch ausgedrückt werdtn, wobei B = 200 Hz.be transmitted. These parts are transmitted at the same time intervals that correspond to the writing period in the Memory 14 correspond. They are put into a filter 22, which summarizes them in the form of a single pulse which is the autocorrelation function of the signal S (-w-) reproduces. In the example given, this function can be expressed by, where B = 200 Hz.
Die Figuren 4 und 5 lassen die verschiedenen Umwandlungen besser erkennen, welchen der zu verarbeitende Impuls im Verlauf seines Fortschreitens durch die Anlage gemäß Figur 3 unterworfen wird.Figures 4 and 5 illustrate the various conversions better recognize which the pulse to be processed is subject to in the course of its progress through the system according to FIG will.
Figur 4 (a) zeigt einen Teil einer Sinuskurve, welcher einen kleinen Ausschnitt des zu verarbeitenden Signals darstellt. Die parallelen horizontalen Linien geben die Quantisierungsstufen des Analog-Digital-Umsetzers 11 an (hier beispielsweise l6 Stufen für vier Quantisierimgs Zeitpunkte), wobei die vertikalen Linien die Zeitpunkte Üer Probennahme angeben. In Figur 4(b) sind die vom Analog-Digital-Umsetzer 11 abgegebenenFigure 4 (a) shows part of a sinusoid which has a represents a small section of the signal to be processed. The parallel horizontal lines indicate the quantization levels of the analog-digital converter 11 (here for example l6 levels for four quantization points in time), whereby the vertical lines indicate the times when the sample was taken. In FIG. 4 (b), the outputs from the analog-to-digital converter 11 are shown
BinärinformationenBinary information 909835/1308909835/1308
ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
- ίο -- ίο -
Binärinformationen dargestellt, wobei jeder Probennahme eine Gruppe von vier Binärziffern entspricht, welche gleichzeitig in die vier Verzögerungsleitungen 1*1 anstelle von vier früheren Informationselementen, welche gelöscht v/erden, eingeschrieben werden.Binary information shown, with each sampling corresponds to a group of four binary digits entering the four delay lines 1 * 1 instead of four prior information items which are erased are written.
Figur 4(c) zeigt die nacheinander in die Verzögerungsleitungen lh eingeschriebenen Proben. Diese Proben entsprechen den aufeinanderfolgenden Ausschnitten des Signals gemäß Ma) und sie wiederholen sich mit einer Periode X gleich der Verzögerungszeit der Leitungen 14.FIG. 4 (c) shows the samples written one after the other in the delay lines 1h. These samples correspond to the successive sections of the signal according to Ma) and they repeat with a period X equal to the delay time of the lines 14.
Wenn die in den Leitungen 1*1 enthaltenen Binärinformationen auf den Digital-Analog-Umsetzer 16 gegeben werden, wird von diesem letzteren eine Folge von Signalausschnitten abgegeben, wie sie in Figur 2Kd) dargestellt ist. Durch Filterung dieser Ausschnitte mittels des Filters 17 werden Teile einer Sinuskurve wiederhergestellt, wie es Figur 4(e) zeigt.When the binary information contained in the lines 1 * 1 is given to the digital-to-analog converter 16, the latter outputs a sequence of signal excerpts, as shown in FIG. 2 Kd). By filtering these sections by means of the filter 17, parts of a sinusoid are restored, as FIG. 4 (e) shows.
Figur 5 ermöglicht eine Gesamtübersicht über das Kompressionsverfahren. Figur 5(a) zeigt einen frequenzmodulierten Impuls, welcher in 8 Ausschnitte B, C, D, E, F, G, H, K unterteilt ist.FIG. 5 provides an overall overview of the compression method. FIG. 5 (a) shows a frequency-modulated pulse which is divided into 8 sections B, C, D, E, F, G, H, K is.
Diese Ausschnitte werderafewischen dem Eingang des Filters 8 und dem Ausgang der Mischstufe 18 einer Verkürzung ihrer Dauer unterworfen. Die verkürzten Ausschnitte B1, Cf, D', E', F1, G1, H1 und K1 sind in Figur 5(b) dargestellt.These sections are subjected to the input of the filter 8 and the output of the mixer 18 to shorten their duration. The shortened sections B 1 , C f , D ', E', F 1 , G 1 , H 1 and K 1 are shown in Figure 5 (b).
Figur 5(b) zeigt ebenfalls, daß die verkürzten Ausschnitte sich derart wiederholen, daß immer vollständiger werdende Teile des zu komprimierenden Impulses gebildet werden. Wenn der zuFigure 5 (b) also shows that the shortened sections are repeated in such a way that parts become more and more complete of the pulse to be compressed. If the to
komprimierendecompressing 909835/1308909835/1308
- li -- li -
komprimierende Impuls vollständig in Proben zerteilt ist, werden die folgenden Teile mehr und mehr unvollständig. Indem die Teile b1, B1C, B1C1D1, ... gemäß Figur 5(b) auf die dispersive Leitung 19 gegeben werden, erhält man am Ausgang des Detektors 20 die ih Figur 5(c) dargestellte Folge von komprimierten Impulsen. Die Höhe und die Breite der erhaltenen Impulse ist auf den Frequenzmodulationsbereich bezogen, welcher Jeden der Teile des in Figur 5Cb) dargestellten Signals kennzeichnet. Durch Vergleich der Figuren 5(a) und 5(c) sieht man, daß der anfängliche Impuls eine Mehrzahl von stark komprimierten Impulsen entstehen ließ. Tatsächlich sind nur die höchsten und schmälsten Impulse von Interesse, da die anderen Impulse der Verarbeitung von unvollständigen Signalen entsprechen. Es ist dann nur die Folge der Impulse gemäß Figur 5(c) einer derartigen Verarbeitung zu unterziehen, daß man die in Proben zerlegteWhen the compressive pulse is completely divided into samples, the following parts become more and more incomplete. By placing the parts b 1 , B 1 C, B 1 C 1 D 1 ,... In accordance with FIG. 5 (b) on the dispersive line 19, the sequence shown in FIG of compressed pulses. The height and width of the pulses obtained are related to the frequency modulation range which characterizes each of the parts of the signal shown in Figure 5Cb). By comparing Figures 5 (a) and 5 (c), it can be seen that the initial pulse produced a plurality of highly compressed pulses. In fact, only the tallest and narrowest pulses are of interest since the other pulses correspond to processing incomplete signals. Then only the sequence of the pulses according to FIG. 5 (c) has to be subjected to processing in such a way that it is broken down into samples
Autokorrelationsfunktion von S(-γ-) erhält. Zu diesem Zweck ist der Ausgang des Detektors 20 mit einer Schaltung 21 verbunden, welche das Produkt der Folge der Figur 5(c) mit einer Folge von in Figur 5(d) dargestellten isochronen Impulsen bildet. Das Produkt dieser beiden Folgen ist in Figur 5(e) dargestellt. Obtains autocorrelation function of S (-γ-). To this end the output of the detector 20 is connected to a circuit 21 which the product of the sequence of Figure 5 (c) with a Sequence of isochronous pulses shown in Figure 5 (d). The product of these two sequences is shown in Figure 5 (e).
Die Impulse der Figur 5(d) haben eine Folgeperiode gleich der: Dauer der Ausschnitte des zu komprimierenden Signals. Ihre Breite ist gleich derjenigen des schmälsten Impulses, welchen der Detektor 20 abgibt. Da sich die Folgeperiode der in Figur 5(c) dargestellten Impulse von der Folgeperiode der in Figur 5(d) dargestellten Impulse unterscheidet, läßt die Schaltung 21 nur eine geringe Mzahl von schmalen Impulsen mit großer Amplitude bestehen.The pulses of Figure 5 (d) have a follow-up period equal to : Duration of the segments of the signal to be compressed. Its width is equal to that of the narrowest pulse which the detector 20 emits. Since the following period of the pulses shown in Fig. 5 (c) differs from the following period of the pulses shown in Fig. 5 (d), the circuit 21 allows only a small number of narrow pulses with a large amplitude to exist.
Diethe
909835/1308909835/1308
Die Figuren 3S ** und 5 beziehen sich auf eine Anlage, welche die Durchführung einer Kompression eines frequenzmodulierten Impulses gestattet. Der zu komprimierende Impuls kann mittels bekannter Generatoren erzeugt sein, es ist jedoch von Interesse, denselben aufgrund eines kurzen Impulses zu erzeugen, indem man die oben beschriebene Kompressionsanordnung in umgekehrter Richtung arbeiten läßt. Diese letztere Verfahrensweise bietet den Vorteil, daß eine ausgezeichnete Korrelation zwischen dem zu komprimierenden Signal und den Einrichtungen erzielt wird, welche die Kompression durchführen. Figures 3 S ** and 5 refer to a plant that allows to carry out a compression of a frequency modulated pulse. The pulse to be compressed can be generated by means of known generators, but it is of interest to generate the same on the basis of a short pulse by making the compression arrangement described above operate in the reverse direction. This latter procedure offers the advantage that an excellent correlation is achieved between the signal to be compressed and the devices which carry out the compression.
Aus Figur 6 lsi; das Blockschaltbild einer Anlage ersichtlich, welche die Dehnung von frequenzmodulierten Signalen ermöglicht.From Figure 6 lsi; the block diagram of a system can be seen, which enables the expansion of frequency-modulated signals.
Das zu dehnende Signal 1st ein kurzer Impuls der Form ■ The signal to be stretched is a short pulse of the form ■
gleich dem Impuls S'(t) der Figur 2. Ein elektrischer Funktionsgenerator 25 erzeugt ein Signal, welches als Trägerfrequenz die Mittenfrequenz der dispersiven Leitung 26 aufweist und gemäß der Einhüllenden des Signals S'(t) amplitudenmoduliert 1st. Gleichzeitig gibt der Funktionsgenerator 25 einen Synchronisierimpuls auf die Synchronisierschaltung 24. Wenn der Impuls S'(t) auf den Eingang der dispersiven Leitung 26 gegeben wird, erhält man am Ausgang dieser Leitung ein Rechtecksignal mit der Dauer T, welches in einem Band Δ f linear frequenzmoduliert ist. Dieses Signal unterscheidet sich von demjenigen, welches der Verarbeitung in der dispersiven Leitung im Sinn · einer Frequenzmodulation unterworfen werden kann, es ist daher erforderlich, an diesem Signal eine Umkehr des Zeltmaßstabs gleichzeitig mit einer Ausdehnung im Verhältnis K vorzunehmen, um das Signal S(-^-) zu erhalten.equal to the pulse S '(t) of Figure 2. An electrical function generator 25 generates a signal which has the center frequency of the dispersive line 26 as the carrier frequency and according to FIG the envelope of the signal S '(t) is amplitude-modulated. At the same time, the function generator 25 emits a synchronization pulse on the synchronizing circuit 24. When the pulse S '(t) is applied to the input of the dispersive line 26, a square-wave signal is obtained at the output of this line the duration T, which is linearly frequency modulated in a band Δ f is. This signal differs from that which the processing in the dispersive line has in mind can be subjected to a frequency modulation, it is therefore necessary to reverse the scale of this signal to be carried out simultaneously with an expansion in the ratio K in order to obtain the signal S (- ^ -).
Am Ausgang der dispersiven Leitung 26 wird das Signal durch dieAt the output of the dispersive line 26, the signal is through the
90 98 35/1308 Mischstufe 90 98 35/1308 mixer stage
Mischstufe 27 frequenzumgesetzt, welche das überlagerungssignal der Schaltung 24 empfängt. Nach Eingabe in ein Bandpassfilter 28 werden die gedehnten und frequenzumgesetzten Impulse von einem Probennehmer 29 empfangen. Der Probennehmer 29 gibt Proben mit einer vom Generator 24 festgelegten Polgeperiode ab. Diese werden auf einen Analog-Digital-Umsetzer 30 gegeben, welcher dieselben in Kombinationen von Binärsignalen umwandelt. Schreibanordnungen 31 empfangen die Binärsignale und schreiben dieselben in Verzögerungsleitun<gen 32 mit der Polgefrequenz der Probennahme ein.Mixing stage 27 converted in frequency, which the superposition signal of circuit 24 receives. After input into a bandpass filter 28, the stretched and frequency-converted Received pulses from a sampler 29. The sampler 29 gives samples with a specified by the generator 24 Pole period from. These are given to an analog-to-digital converter 30, which the same in combinations of Converts binary signals. Write arrangements 31 receive the binary signals and write them in delay lines 32 with the pole frequency of the sampling.
Die Leitungen 32 sind mit einer Schleife versehen, welche den Umlauf der Binärsignale gestattet. Diese treten am Ausgang dieser Leitungen am Ende eines Zeitintervalls wieder auf j welches K + 1 mal der Probennahmeperiode entspricht. Leseschaltungen 33,nehmen die Proben mit einer Folge Q gleich K mal der obigen Probennahmeperiode auf. Die Phase der von der Schaltung 24 gesteuerten Lesezeitpunkte gestattet die Entnahme der Proben in der umgekehrten Reihenfolge bezüglich der Schreibreihenfolge und daher die Umkehrung des Signals bezüglich der Zeitachse.The lines 32 are provided with a loop which allows the binary signals to circulate. These occur at the exit these lines at the end of a time interval back to j which corresponds to K + 1 times the sampling period. Reading circuits 33, take samples with a sequence Q equal to K times the above sampling period. The phase of The reading times controlled by the circuit 24 allows the samples to be taken in the reverse order with respect to the Write order and therefore the inversion of the signal with respect to the time axis.
Die von den Leseschaltungen 33 gelieferten Binärsignale werden durch einen Digital-Analog-Umsetzer verarbeitet, welcher Proben mit der gleichen Amplitude wie die vom Probennehmer erzeugten wiederherstellt, jedoch mit einer K mal größeren Folgeperiode. Das vom Umsetzer 34 abgegebene Signal wird mittels des Filters 35 gefiltert. Eine an den Ausgang des Filters 35 angeschlossene Koinzidenzschaltung 36 schneidet einen Ausschnitt mit der Dauer KT aus dem gefilterten Signal. Dieser Ausschnitt stellt den KN mal gedehnten Impuls dar, welcher im Fall von Sonaranlagen derjenige Impuls ist, welcher ausgesendet und empfangen wird.The binary signals supplied by the reading circuits 33 are processed by a digital-to-analog converter, which Recovers samples with the same amplitude as those generated by the sampler, but with a K times greater Subsequent period. The signal emitted by the converter 34 is filtered by means of the filter 35. One to the output of the filter 35 connected coincidence circuit 36 cuts a section with the duration KT from the filtered signal. This Excerpt shows the KN times expanded impulse, which in the case of sonar systems is the impulse that is emitted and is received.
BeiapielsweiseFor example 909835/1308909835/1308
Beispielsweise kann man einen Impuls von 1 Sekunde erhalten, welcher in einem Frequenzbereich £ f von 200 Hz um eine Mittenfrequenz f von 400 Hz moduliert ist, indem man die folgenden Eigenschaften annimmt: der vom Generator 25For example, a pulse of 1 second can be obtained, which is in a frequency range £ f of 200 Hz a center frequency f of 400 Hz is modulated by assumes the following properties: that of generator 25
erzeugte Impuls P hat eine Dauer -rp von 5 /aS und eine Mittenfrequenz von 2 MHz. Die dispersive Leitung 26 ist an die oben erwähnten Eigenschaften angepaßt. Sie läßt einen frequenzmodulierten Rechteckimpuls entstehen, dessen Dauer T gleich 1 ms ist, was einem Dehnungsgrad von 200 entspricht. Der gedehnte Impuls wird einer Frequenzänderung in der Mischstufe 27 unterzogen. Die Mischstufe 27, welche von einem Überlagerungssignal von 1,6 MHz erregt wird, liefert einen frequenzmodulierten Impuls zwischen 300 kHz und 500 kHz. Die am Ausgang des Filters 28 verfügbare Probennahme dieses Impulses wird mit der Frequenz 1 MHz durchgeführt. Die Verzögerungsleitungen 32 besitzen eine Verzögerungszeit Έ = 1001 yuS und können jeweils 1001 Binärsignale enthalten. Die Entnahme der Binärsignale erfolgt mit einer Foleperiode, welche sich um eine Mikrosekunde von der Verzögerungszeit'J' unterscheidet, das heißt θ = 1000 jiS. Die Übertragung der Binärsignale auf den Umsetzer 34 findet regelmäßig mit der Frequenz von 1 kHz statt. Der mittels der Koinzidenzschaltung 36 abgeschnittene Ausschnitt hat eine Dauer von 1 Sekunde.The generated pulse P has a duration -rp of 5 / aS and a center frequency of 2 MHz. The dispersive line 26 is adapted to the properties mentioned above. It creates a frequency-modulated square-wave pulse, the duration T of which is equal to 1 ms, which corresponds to a degree of expansion of 200. The stretched pulse is subjected to a frequency change in the mixer 27. The mixer 27, which is excited by a superposition signal of 1.6 MHz, delivers a frequency-modulated pulse between 300 kHz and 500 kHz. The sampling of this pulse available at the output of the filter 28 is carried out at a frequency of 1 MHz. The delay lines 32 have a delay time Έ = 1001 yuS and can each contain 1001 binary signals. The binary signals are extracted with a subsequent period which differs by one microsecond from the delay time 'J', i.e. θ = 1000 jiS. The transmission of the binary signals to the converter 34 takes place regularly at a frequency of 1 kHz. The section cut off by means of the coincidence circuit 36 has a duration of 1 second.
Die oben angegebenen numerischen Daten und die vorangehende Beschreibung zeigen, daß man einen frequenzmodulier.ten Impuls dehnen kann, um ihn sodann zu komprimieren, indem das gleiche Verfahren und die meistenteils gleichen Teile verwendet werden. Eine ausgezeichnete Korrelation besteht zwischen den von der in Figur 6 gezeigten Anlage erzeugten Signalen und den Kompressionseigenschaften der in Figur 3 gezeigten Anlage. DieThe numerical data given above and the preceding description show that a frequenzmodulier.ten pulse can stretch, then compress, using the same procedure and mostly similar parts. There is an excellent correlation between the signals generated by the system shown in FIG Compression properties of the system shown in FIG. the
Kombinationcombination 909835/1308909835/1308
Kombination dieser beiden Anlagen gestattet nicht nur die Erzielung einer großen Wirtschaftlichkeit bei der Anzahl der vorzusehenden Teile, sondern auch die Gewährleistung eines hohen Korrelationsgrades infolge der Umkehrbarkeit der an den Signalen vorgenommenen Verarbeitungen. Die abwechselnde Arbeitsweise als Dehnungsaniage bei der Aussendung und als Kompressionsanlage beim Empfang wird vom elektrischen Funktionsgenerator 25 gesteuert.The combination of these two systems not only allows a high level of economy to be achieved in terms of number of the parts to be provided, but also ensuring a high degree of correlation due to the reversibility the processing performed on the signals. The alternating Operation as an expansion system when sending and as a compression system when receiving is from the electric Function generator 25 controlled.
Es fällt ebenfalls in den Rahmen dieser Erfindung, die Verzögerungsleitungen l4 und 32, welche den mit einer Schleife kurzgeschlossenen Speicher bilden, durch Schieberegister zu ersetzen. Die auf der Verwendung von Binärsignalen beruhende Arbeitsweise gestattet die Erzielung von hohen Kompressionsgraden. Der Amplitudenbereich ist umso größer, je mehr Quantisierungsstufen in den Umsetzern vorgesehen sind. Diese Stufen können je nach der Art der zu komprimierenden Signale gleiche Abstände besitzen oder nicht.The delay lines also fall within the scope of this invention 14 and 32, which form the memory short-circuited with a loop, closed by shift registers substitute. The mode of operation based on the use of binary signals allows high degrees of compression to be achieved. The amplitude range is greater, the more quantization levels are provided in the converters. These levels can vary depending on the nature of the signals to be compressed be equally spaced or not.
Der Koeffizient K der homothetischen Transformation kann eingestellt werden, indem man am Eingang jeder digitalen Verzögerungsleitung einen Pufferspeicher mit dem Passungsvermögen "P" anordnet. Indem man die Proben in Gruppen von "p" alle "q". Umläufe einschreibt, wird der Koeffizient K zu K' = -9- K.The coefficient K of the homothetic transformation can be adjusted by adding a buffer with the matching capability at the input of each digital delay line "P" arranges. By putting the samples in groups of "p" every "q". Inscribes rounds, the coefficient K becomes K '= -9- K.
Außerdem kann der Ringspeicher von einer einzigen Verzögerungsleitung gebildet werden, in welcher die Gruppen von Binärsignalen aufeinanderfolgen, welche jeder der Proben entsprechen. Bei dieser letzteren Möglichkeit wird der Ringspeicher zwischen Schieberegistern angeordnet, welche gleichzeitig die Binärsignale empfangen und dieselben nacheinander übertragen können oder umgekehrt. Schließlich kann die in Kaskade mit der homo-In addition, the ring memory can be formed by a single delay line in which the groups of binary signals which correspond to each of the samples. With this latter option, the ring buffer is between Arranged shift registers which simultaneously receive the binary signals and can transmit the same one after the other or the other way around. Finally, the one in cascade with the homo-
thetischenthetic 909835/1308909835/1308
thetischen Kompressionsanordnung verwendete Dispersionsleitung eine beliebige Kennlinie haben3 welche die Gruppenverzögerungszeit auf die Frequenz bezieht'. Sie kann durch eine geeignete elektrische Schaltung oder durch eine optische Beugungsanordnung ersetzt werden, welche die gleiche Wirkung auf die zu komprimierenden oder zu dehnenden Signale ausübt.The dispersion line used in the thetic compression arrangement can have any characteristic 3 which relates the group delay time to the frequency. It can be replaced by a suitable electrical circuit or by an optical diffraction arrangement which has the same effect on the signals to be compressed or stretched.
PatentansprücheClaims 909835/1308909835/1308
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